JP6789777B2 - ガス精製装置及びガス精製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガス精製装置及びガス精製方法に関し、例えば、石炭ガス化ガスなどの被処理ガスを精製するガス精製装置及びガス精製方法に関する。
従来、触媒の存在下、石炭ガス化ガスなどの被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素に変換するＣＯＳ変換器を備えたガス精製装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このガス精製装置のＣＯＳ変換器においては、石炭ガス化ガス中に含まれる硫化カルボニルが下記反応式（１）に示す加水分解反応によって硫化水素と二酸化炭素とに加水分解される。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２ ・・・式（１）
特許第４２２７６７６号公報
ところで、上記反応式（１）に示す加水分解反応は、発熱を伴う可逆反応であるので、平衡制約の関係から硫化カルボニルの低減には低温条件が有利である。ところが、硫化カルボニルの加水分解の反応温度が低すぎると石炭ガス化ガス中に含まれるアンモニア、ハロゲン及びハイドロカーボンなどの微量成分が析出する場合がある。そこで、ＣＯＳ変換器では、微量成分が析出する温度より高い温度条件で硫化カルボニルを加水分解しているが、被処理ガス中の硫化カルボニルの濃度が高い（例えば、１０００ｐｐｍ以上）と、硫化カルボニルを所望の濃度まで低減することが困難となる場合がある。
本発明は、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度が高い場合であっても、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できるガス精製装置及びガス精製方法を提供することを目的とする。
本発明のガス精製装置は、第１触媒の存在下、第１所定温度において、被処理ガス中に含まれるシアン化水素をアンモニアとする第１変換処理をする第１変換部と、第２触媒の存在下、前記第１所定温度より低い第２所定温度において、前記第１変換処理後の前記被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素とする第２変換処理をする第２変換部と、前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて前記アンモニアを洗浄除去する洗浄処理をする洗浄部と、前記洗浄処理後の前記被処理ガスを吸収液と気液接触させて前記被処理ガス中の硫化水素を吸収除去する脱硫部と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、ハロゲン及び第１変換部で第１変換処理されたアンモニアなどが第１洗浄処理で洗浄除去されるので、被処理ガスを第１所定温度以下に冷却しても被処理ガス中の微量成分の析出を防ぐことができる。これにより、被処理ガスに含まれるシアン化水素の処理が不要となるだけでなく、第１変換処理後の被処理ガスを硫化カルボニルの変換処理に適した第２所定温度に冷却した状態で硫化カルボニルを硫化水素に加水分解できると共に、第１変換処理及び第２変換処理の２段階で被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素に変換するので、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を所望の濃度まで効率良く低下することが可能となる。したがって、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度が高い場合であっても、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できるガス精製装置を実現できる。
本発明のガス精製装置においては、前記洗浄部は、前記第１変換処理後の前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第１洗浄処理をする第１洗浄部と、前記第２変換処理された前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第２洗浄処理をする第２洗浄部とを含むことが好ましい。この構成により、ガス精製装置は、第１変換処理後の被処理ガス中のアンモニア及びハロゲンを第１洗浄部の第１洗浄処理によって除去できるので、被処理ガス中の微量成分の析出を効率良く防ぐことができると共に、第２変換処理後の被処理ガスに含まれる不純物を第２洗浄部の第２洗浄処理によって除去できる。
本発明のガス精製装置においては、原料をガス化して前記硫化カルボニルを含む前記被処理ガスを生成し、生成した前記被処理ガスを前記第１変換部に供給するガス化部を備えたことが好ましい。この構成により、ガス精製装置は、重油及び石炭などの原料をガス化した硫化カルボニル濃度が高い被処理ガスが得られた場合であっても、被処理中の硫化カルボニルを効率良く低減できる。
本発明のガス精製装置においては、前記第１変換部は、硫化カルボニルを硫化水素にとすると共に前記シアン化水素を前記アンモニアとすることが好ましい。この構成により、第１変換処理では、硫化カルボニルに対してシアン化水素を選択的に分解するシアン化水素分解用の第１触媒を用いることができるので、硫化カルボニルを加水分解する第２触媒とは異なる第１触媒を用いることもできる。
本発明のガス精製装置においては、第１所定温度が、２４０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。この構成により、第１変換処理後の石炭ガス化ガス中に含まれるアンモニア、ハロゲン及びハイドロカーボンなどの微量成分の析出をより一層効率良く防ぐことができる。
本発明のガス精製装置においては、第２所定温度が、１５０℃以上２４０℃以下であることが好ましい。この構成により、第２変換処理で硫化カルボニルを効率良く硫化水素に変換処理することができる。
本発明のガス精製方法は、第１触媒の存在下、第１所定温度において、被処理ガス中に含まれるシアン化水素をアンモニアとする第１変換処理をする第１変換工程と、第２触媒の存在下、前記第１所定温度より低い第２所定温度において、前記第１変換処理後の前記被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素とする第２変換処理をする第２変換工程と、前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて前記アンモニアを洗浄除去する洗浄工程と、前記アンモニアを洗浄除去した前記被処理ガスを吸収液と気液接触させて前記被処理ガス中の硫化水素を吸収除去する脱硫工程と、を含むことを特徴とする。
この方法によれば、ハロゲン及び第１変換部で第１変換処理されたアンモニアなどが第１洗浄処理で洗浄除去されるので、被処理ガスを第１所定温度以下に冷却しても被処理ガス中の微量成分の析出を防ぐことができる。これにより、シアン化水素の処理が不要となるだけでなく、第１変換処理した被処理ガスを硫化カルボニルの変換処理に適した第２所定温度まで冷却した状態で硫化カルボニルを硫化水素に第２変換処理できると共に、第１変換処理及び第２変換処理の２段階で被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素に変換するので、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を所望の濃度まで効率良く低下することが可能となる。したがって、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度が高い場合であっても、被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できるガス精製方法を実現できる。
本発明のガス精製方法においては、前記洗浄工程として、前記第１変換処理後の前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第１洗浄処理をする第１洗浄工程と、前記第２変換処理された前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第２洗浄処理をする第２洗浄工程とを含むことが好ましい。この方法により、ガス精製装置は、第１変換処理後の被処理ガス中のアンモニア及びハロゲンを第１洗浄処理によって除去できるので、被処理ガス中の微量成分の析出を効率良く防ぐことができると共に、第２変換処理後の被処理ガスに含まれる不純物を第２洗浄処理によって除去できる。
本発明のガス精製方法においては、原料をガス化して前記硫化カルボニルを含む前記被処理ガスを生成するガス化工程を含むことが好ましい。この方法により、ガス精製装置は、重油及び石炭などの原料をガス化した硫化カルボニル濃度が高い被処理ガスが得られた場合であっても、被処理中の硫化カルボニルを効率良く低減できる。
本発明によれば、被処理ガス中の硫化カルボニルの濃度が高い場合であっても、被処理ガス中の硫化カルボニルを効率良く低減できるガス精製装置及びガス精製方法を実現できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス精製装置の一例を示す模式図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係るガス精製装置の一例を示す模式図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。
本発明者らは、従来のガス精製装置で用いられる硫化カルボニル変換器では、石炭ガス化ガスなどの高濃度の硫化カルボニルを含有する被処理ガス中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できてないことに着目した。そして、本発明者らは、高濃度の硫化カルボニルを含有する被処理ガスを用いた場合であっても、被処理ガス中に含まれるシアン化水素を分解してから、硫化カルボニルの変換処理に適した温度で硫化カルボニルを硫化水素に変換処理することにより、被処理ガス中の微量成分の析出を防ぎつつ硫化カルボニルを所望濃度に低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、本発明の各実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス精製装置１の一例を示す模式図である。
図１に示すように、本実施の形態に係るガス精製装置１は、原料Ｆ及び酸化剤Ｏが供給されるガス化炉（ガス化部）１１と、ガス化炉１１の後段に設けられた第１硫化カルボニル変換器（第１変換部）１２（以下、「第１ＣＯＳ変換器１２」という）と、第１ＣＯＳ変換器１２の後段に設けられた第１洗浄塔（第１洗浄部）１３と、第１洗浄塔１３の後段に設けられた第２硫化カルボニル変換器（第２変換部）１４（以下、「第２ＣＯＳ変換器１４」という）と、第２ＣＯＳ変換器１４の後段に設けられた第２洗浄塔（第２洗浄部）１５と、第２洗浄塔１５の後段に設けられた脱硫塔（脱硫部）１６とを備える。脱硫塔１６の後段にはガスタービン１７が設けられている。
ガス化炉１１は、供給された原料Ｆ及び酸化剤Ｏをガス化して硫化カルボニル及びシアン化水素を含有するガス化ガス（被処理ガス）Ｇ１を生成する。また、ガス化炉１１は、生成した高温のガス化ガスＧ１を第１ＣＯＳ変換器１２に供給する。原料Ｆとしては、硫化カルボニルを副生するものであれば特に制限はなく、例えば、石炭及び重油などの硫黄濃度が高いものが用いられる。これらの中でも、ガス精製装置１では、硫化カルボニルの発生量が多く発生する硫黄成分の含有量が多い石炭を用いても効率良く硫化カルボニルの濃度を低減することができる。酸化剤Ｏとしては、原料を酸化できるものであれば特に制限はなく、例えば、酸素などを用いることができる。なお、ガス化炉１１は、ガス化ガスＧ１を第１ＣＯＳ変換器１２に供給することができれば必ずしも設ける必要はない。
第１ＣＯＳ変換器１２は、第１触媒の存在下、第１所定温度において、下記反応式（１）に示すように、ガス化ガスＧ１中に含まれるシアン化水素をアンモニアとすると共に、下記反応式（２）及び下記反応式（３）に示すように、硫化カルボニルを硫化水素とする第１変換処理を行う。また、第１ＣＯＳ変換器１２は、第１変換処理によって生じたアンモニア及び硫化水素を含有するガス化ガスＧ２を第１洗浄塔１３に供給する。このような第１変換処理により、ガス化ガスＧ１中に含まれる硫化カルボニル及びシアン化水素を共に分解することができるので、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニルの濃度を低減すると共にシアン化水素を除去することができる。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２ ・・・式（１）
ＨＣＮ＋Ｈ２Ｏ⇔ＮＨ３＋ＣＯ ・・・式（２）
ＨＣＮ＋３Ｈ２⇔ＮＨ３＋ＣＨ４ ・・・式（３）
第１触媒としては、シアン化水素及び硫化カルボニルを分解処理できるものであれば特に制限はなく、硫化カルボニル及びシアン化水を分解する活性成分と、この活性成分を担持する酸化チタン系担体とを含む加水分解用触媒などを用いることができる。
活性成分としては、例えば、バリウム、ニッケル、ルテニウム、コバルト、モリブデンからなる群から選択される金属の少なくとも１種を主成分とするものを用いることができる。これらの金属は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの金属を主成分とすることにより、硫化カルボニルだけでなく、シアン化水素についても高い分解性能を得ることができる。活性成分の担持量は、例えば、０．１質量％以上２５質量％以下が好ましく、１質量％以上２２質量％以下がより好ましい。
酸化チタン系担体としては、例えば、酸化チタン及び酸化チタンと他の酸化物との複合酸化物を用いることができる。このような酸化チタン系担体を用いることにより、活性成分を確実に固定化することができると共に、第１触媒の使用条件下においても化学的に安定しているので、触媒の働きを阻害することがない。酸化チタンとしては、比表面積の大きいアナターゼ型の結晶構造の酸化チタンが好ましい。これにより、活性成分の担持量も多くなるので、触媒活性が向上する。複合酸化物としては、例えば、酸化チタンと酸化ケイ素との複合酸化物、酸化チタンと酸化アルミニウムとの複合酸化物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの複合酸化物などの酸化チタン系複合酸化物が挙げられる。酸化チタンと複合する金属酸化物との複合割合は、１：９９〜９９：１であること好ましく、５０：５０〜９５：５の範囲がより好ましい。これにより、活性成分を担持する場である比表面積が大きくできるので、第１触媒の触媒性能が向上する。このような酸化チタン系複合酸化物を用いることにより、第１触媒の比表面積が増大し、耐熱性が向上する。これらの酸化チタン系担体は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
酸化チタン系担体には、炭酸バリウム、炭酸ニッケル、硝酸ルテニウム、炭酸コバルト、モリブデン酸アンモニウムからなる群から選択される金属塩の少なくとも１種を添加物として加えることが好ましい。これらの添加物は、第１触媒の使用条件下で安定しているので、第１触媒を安定して使用することができる。
第１触媒は、ハニカム形状であることが好ましい。これにより、煤塵などが共存する使用環境下においても、第１触媒の目詰まり及び圧力損失を防ぐことができるので、第１触媒を高活性な状態に維持することが可能となる。
第１所定温度としては、２４０℃以上３５０℃以下が好ましく、２４０℃以上３２０℃以下がより好ましく、２４０℃以上３００℃以下の温度範囲が更に好ましい。このような温度範囲とすることにより、第１変換処理後のガス化ガスＧ１中のシアン化水素を十分に低減できると共に、硫化カルボニルを効率良く硫化水素に分解処理することが可能となる。
第１洗浄塔１３は、第１変換処理されたガス化ガスＧ２を洗浄液と気液接触させてガス化ガスＧ２中のアンモニアを除くと共に、ガス化ガスＧ２を第１所定温度より低い第２所定温度に冷却する第１洗浄処理を行う。また、第１洗浄塔１３は、第１洗浄処理後のガス化ガスＧ３を第２ＣＯＳ変換器１４に供給する。洗浄液としては、ガス化ガスＧ２中のアンモニアを洗浄除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、各種洗浄水などを用いることができる。第１洗浄処理では、ガス化ガスＧ２中のアンモニアを洗浄除去するだけでなく、ガス化ガスＧ２が洗浄液と接触することによって冷却（例えば、１２０℃以上１４０℃以下）される。このような第１洗浄処理によってガス化ガスＧ２中の微量成分の析出原因となるアンモニアを除去できると共に、後段の第２ＣＯＳ変換器１４での硫化カルボニルの加水分解に適した温度にガス化ガスＧ２を冷却することができる。なお、第１洗浄処理後のガス化ガスＧ２の温度を効率良く第２所定温度にするために、第１洗浄塔１３と第２ＣＯＳ変換器との間にガス化ガスＧ２の温度を第２所定温度に調整する熱交換器を設けてもよい。
第２ＣＯＳ変換器１４は、第２触媒の存在下、第１所定温度より低い第２所定温度において、下記反応式（１）に示すように、第１洗浄処理をしたガス化ガスＧ３中に残存する硫化カルボニルを硫化水素に第２変換処理する。また、第２ＣＯＳ変換器１４は、第２変換処理後のガス化ガスＧ４を第２洗浄塔１５に供給する。第２変換処理では、第１洗浄処理によってガス化ガスＧ３が硫化カルボニルの加水分解に適した温度に冷却されているので、発熱反応となる下記反応式（１）の化学平衡が硫化カルボニルの加水分解反応に有利になり、ガス化ガスＧ３中の硫化カルボニルの濃度を効率良く低減することができる。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２ ・・・式（１）
第２触媒としては、硫化カルボニルを加水分解できるものであれば特に制限はなく、例えば、硫化カルボニル及びシアン化水を分解する活性成分と、この活性成分を担持する酸化チタン系担体とを含む加水分解用触媒などを用いることができる。また、第２触媒としては、第１触媒と同一の触媒を用いてもよい。さらに、第２触媒としては、第１触媒とは異なる硫化カルボニルの加水分解に適したものを用いることもできる。また、第２触媒としては、ペレット状のものを用いることもできる。
第２所定温度としては、１５０℃以上２４０℃以下が好ましく、１８０℃以上２００℃以下の温度範囲がより好ましい。このような温度範囲とすることにより、硫化カルボニルの加水分解反応が速やかに進行すると共に、上記反応式（１）における化学平衡が硫化カルボニルの加水分解反応に有利となるので、第２変換処理後のガス化ガスＧ３中の硫化カルボニル濃度を十分に低減することが可能となる。
第２洗浄塔１５は、第２変換処理されたガス化ガスＧ４を洗浄液と気液接触させてガス化ガスＧ４中のアンモニア及び微量成分を除く第２洗浄処理を行う。この第２洗浄処理により、ガス化ガスＧ４中の不純物が洗浄除去される。また、第２洗浄塔１５は、第２洗浄処理後のガス化ガスＧ５を脱硫塔１６に供給する。洗浄液としては、ガス化ガスＧ４中の硫化水素を洗浄除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、各種洗浄水などを用いることができる。
脱硫塔１６は、第２洗浄処理をしたガス化ガスＧ５を洗浄液と気液接触させてガス化ガスＧ５中に含まれる硫化水素を吸収除去する。これにより、ガス化ガスＧ５中に含まれる硫化水素が除去された精製ガスＧ６を得ることができる。吸収液としては、硫化水素を吸収できるものであれば特に制限はなく、各種脱硫装置に用いられるアミン系吸収液などが用いられる。脱硫塔１６は、硫化水素を除去した精製ガスＧ６をガスタービン１７に供給する。
ガスタービン１７は、脱硫塔１６から供給された精製ガスＧ６を酸素と共に燃焼させて発電を行う。また、ガスタービン１７は、精製ガスＧ６の燃焼によって生じた燃焼排ガスＧ７を外部に排出する。なお、精製ガスＧ６は、ガスタービン１７の燃料以外にも各種化成品合成にも適用可能である。
次に、ガス精製装置１の全体動作について説明する。ガス化炉１１で原料Ｆがガス化されたガス化ガスＧ１は、第１ＣＯＳ変換器１２に供給される。第１ＣＯＳ変換器１２では、ガス化ガスＧ１は、第１所定温度（例えば、２４０℃以上３５０℃以下）で第１変換処理されて硫化カルボニルが硫化水素に加水分解されると共にシアン化水素がアンモニアに分解されて除去されてガス化ガスＧ２として第１洗浄塔１３に供給される。第１洗浄塔１３では、ガス化ガスＧ２は、洗浄液と気液接触する第１洗浄処理によりアンモニア及びハロゲンなどが洗浄除去されると共に第２所定温度（例えば、１５０℃以上２４０℃以下）に冷却されてガス化ガスＧ３として第２ＣＯＳ変換器１４に供給される。ここでは、必要に応じて洗浄後のガス化ガスＧ２を熱交換器で１５０℃以上２４０℃以下に加熱してもよい。第２ＣＯＳ変換器１４では、ガス化ガスＧ３は、第２変換処理によって硫化カルボニルが加水分解されて硫化カルボニル濃度が所定濃度に低減されたガス化ガスＧ４として第２洗浄塔１５に供給される。第２洗浄塔１５では、ガス化ガスＧ４は、洗浄液と気液接触する第２洗浄処理によって不純物が除去されてガス化ガスＧ５として脱硫塔１６に供給される。脱硫塔１６では、ガス化ガスＧ５は、吸収液と気液接触して硫化水素が除去された精製ガスＧ６としてガスタービン１７に供給される。ここでは、ガスタービン１７に脱硫塔１６によって硫化水素が除去された精製ガスＧ６が供給されるので、硫化水素によるガスタービン１７の腐食を防ぐことができる。ガスタービン１７では、精製ガスＧ６は、酸素と共に燃焼されて燃焼排ガスＧ７として排出される。
なお、図１に示したガス精製装置１では、第１洗浄塔１３及び第２洗浄塔１５の２つの洗浄塔を設けた例について説明したが、１つの洗浄塔を設ける構成とすることもできる。図２は、本実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。図２に示すように、ガス精製装置２では、第１ＣＯＳ変換器１２の後段に洗浄塔１８が設けられ、第２ＣＯＳ変換器１４の後段に脱硫塔１６が設けられている。すなわち、ガス精製装置２では、図１に示したガス精製装置１の第１洗浄塔１３に代えて洗浄塔１８が設けられ、第２洗浄塔１５が省略されている。また、第１ＣＯＳ変換器１２と洗浄塔１８との間には、ガス化ガスＧ２を第２所定温度に調整する熱交換器を設けてもよい。その他の構成については、図１に示したガス精製装置１と同様のため説明を省略する。
ガス精製装置２では、第１ＣＯＳ変換器１２は、ガス化ガスＧ１を第１変換処理したガス化ガスＧ２を洗浄塔１８に供給する。洗浄塔１８は、上述した第１洗浄塔１３と同様に、洗浄液と気液接触させる洗浄処理すると共にガス化ガスＧ２を第２処理温度に冷却する。これにより、ハロゲン及びガス化ガスＧ２中のシアン化水素が分解されたアンモニアなどが洗浄除去される。また、洗浄塔１８は、洗浄処理後のガス化ガスＧ３を第２ＣＯＳ変換器１４に供給する。第２ＣＯＳ変換器１４は、ガス化ガスＧ３を第２変換処理して硫化カルボニルを所定濃度以下に低減した後、ガス化ガスＧ４として脱硫塔１６に供給する。このように構成した場合であっても、洗浄塔１８によってガス化ガスＧ２中のシアン化水素が除去されているので、ガス化ガスＧ２中の微量成分の析出を防ぐことができる。
図３は、本実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。図３に示すように、ガス精製装置３では、第１ＣＯＳ変換器１２の後段に第２ＣＯＳ変換器１４が設けられ、第２ＣＯＳ変換器１４の後段に洗浄塔１８が設けられている。すなわち、ガス精製装置３では、図１に示したガス精製装置１の第２洗浄塔１５に代えて洗浄塔１８が設けられ、第１洗浄塔１３が省略されている。また、第１ＣＯＳ変換器１２と第２ＣＯＳ変換器１４との間には、ガス化ガスＧ２を第２所定温度に調整する熱交換器を設けてもよい。その他の構成については、図１に示したガス精製装置１と同様のため説明を省略する。
ガス精製装置３では、第１ＣＯＳ変換器１２は、ガス化ガスＧ１を第１変換処理したガス化ガスＧ２を第２ＣＯＳ変換器１４に供給する。第２ＣＯＳ変換器１４は、ガス化ガスＧ２を第２変換処理して硫化カルボニルを所定濃度に低減した後、ガス化ガスＧ４として洗浄塔１８に供給する。洗浄塔１８は、上述した第２洗浄塔１３と同様に、洗浄液と気液接触させる洗浄処理をする。これにより、ガス化ガスＧ４中のシアン化水素が分解されたアンモニア及びハロゲンなどが洗浄除去される。また、洗浄塔１８は、洗浄処理後のガス化ガスＧ５を脱硫塔１６に供給する。このように構成した場合であっても、洗浄塔１８によってガス化ガスＧ４中のシアン化水素が除去されているので、ガス化ガスＧ２中の微量成分の析出を防ぐことができる。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、ハロゲン及び第１ＣＯＳ変換器１２で第１変換処理されたアンモニアなどが第１洗浄処理で洗浄除去されるので、ガス化ガスＧ２を第１所定温度以下に冷却してもガス化ガスＧ２中の微量成分の析出を防ぐことができる。これにより、シアン化水素の処理が不要となるだけでなく、第１変換処理したガス化ガスＧ２を第１所定温度以下の硫化カルボニルの第２変換処理に適した第２所定温度まで冷却した状態で硫化カルボニルを硫化水素に第２変換処理できると共に、第１変換処理及び第２変換処理の２段階でガス化ガスＧ１中の硫化カルボニルを硫化水素に変換するので、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニル濃度を所望の濃度まで効率良く低下することが可能となる。したがって、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニル濃度が高い場合であっても、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できるガス精製装置１，２，３を実現できる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態においては、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。また、上述した第１の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付している。さらに、以下の各実施の形態は、適宜組み合わせて実施可能である。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るガス精製装置４の一例を示す模式図である。
図４に示すように、本実施の形態に係るガス精製装置４は、原料Ｆ及び酸化剤Ｏが供給されるガス化炉（ガス化部）１１と、ガス化炉１１の後段に設けられたシアン化水素変換器２１（以下、「ＨＣＮ変換器２１」という）と、ＨＣＮ変換器２１の後段に設けられた第１洗浄塔（第１洗浄部）１３と、第１洗浄塔１３の後段に設けられた硫化カルボニル変換器（第２変換部）２２（以下、「ＣＯＳ変換器２２」という）と、ＣＯＳ変換器２２の後段に設けられた第２洗浄塔（第１洗浄部）１５と、第２洗浄塔（第２洗浄部）１５の後段に設けられた脱硫塔（脱硫部）１６とを備える。すなわち、ガス精製装置４では、図１に示したガス精製装置１の第１ＣＯＳ変換器１２に代えてＨＣＮ変換器２１が設けられ、第２ＣＯＳ変換器１４に代えてＣＯＳ変換器２２が設けられている。
ＨＣＮ変換器２１は、第１触媒の存在下、第１所定温度において、下記反応式（２）及び（３）に示すように、主としてガス化ガスＧ１中に含まれるシアン化水素をアンモニアとする第１変換処理を行う。ここでは、シアン化水素の第１変換処理と共に、下記反応式（１）に示す硫化カルボニルを硫化水素とする変換処理も副反応として進行する。また、ＨＣＮ変換器２１は、第１変換処理によって生じたアンモニアと少量の硫化水素を含有するガス化ガスＧ８を第１洗浄塔１３に供給する。このような第１変換処理により、ガス化ガスＧ１中に含まれるシアン化水素を分解除去することができる。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２ ・・・式（１）
ＨＣＮ＋Ｈ２Ｏ⇔ＮＨ３＋ＣＯ ・・・式（２）
ＨＣＮ＋３Ｈ２⇔ＮＨ３＋ＣＨ４ ・・・式（３）
第１触媒としては、シアン化水素を分解処理できるものであれば特に制限はなく、従来公知のシアン化水素分解用の触媒を用いることができる。
第１所定温度としては、２４０℃以上３５０℃以下が好ましく、２４０℃以上３２０℃以下が好ましく、２４０℃以上３００℃以下の温度範囲がより好ましい。このような温度範囲とすることにより、第１変換処理後のガス化ガスＧ８中の残存シアン化水素を十分に低減することが可能となる。
第１洗浄塔１３は、第１変換処理されたガス化ガスＧ８を洗浄液と気液接触させてガス化ガスＧ８中のアンモニアを除くと共にガス化ガスＧ８を冷却する第１洗浄処理を行う。また、第１洗浄塔は、第１洗浄処理後のガス化ガスＧ３をＣＯＳ変換器２２に供給する。第１洗浄処理では、ガス化ガスＧ８中のアンモニアを洗浄除去するだけでなく、ガス化ガスＧ８が洗浄液と接触することによって冷却（例えば、１００℃以上２００℃以下）される。このような第１洗浄処理によってガス化ガスＧ８中の微量成分の析出原因となるアンモニアを除去できると共に、後段のＣＯＳ変換器２２での硫化カルボニルの加水分解に適した温度にガス化ガスＧ８を冷却することができる。なお、第１洗浄処理後のガス化ガスＧ３の温度を効率良く第２所定温度にするために、第１洗浄塔１３とＣＯＳ変換器２２との間にガス化ガスＧ３の温度を第２所定温度に調整する熱交換器を設けてもよい。
ＣＯＳ変換器２２は、第２触媒の存在下、第１所定温度より低い第２所定温度において、下記反応式（１）に示すように、第１洗浄処理をしたガス化ガスＧ３中に残存する硫化カルボニルを硫化水素に第２変換処理する。また、ＣＯＳ変換器２２は、第２変換処理後のガス化ガスＧ９を第２洗浄塔１５に供給する。第２変換処理では、第１洗浄処理によってガス化ガスＧ３が硫化カルボニルの加水分解に適した温度に冷却されているので、発熱反応となる下記反応式（１）の化学平衡が硫化カルボニルの加水分解反応に有利になり、ガス化ガスＧ３中の硫化カルボニルの濃度を効率良く低減することができる。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２ ・・・式（１）
第２触媒としては、硫化カルボニルを加水分解できるものであれば特に制限はなく、例えば、上述した第１の実施の形態に係る第１触媒と同一の触媒などを用いることができる。また、第２触媒としては、第１触媒とは異なる硫化カルボニルの加水分解に適したものを用いることもできる。さらに、第２触媒としては、ペレット状のものを用いることもできる。
第２所定温度としては、１５０℃以上２４０℃以下が好ましく、１８０℃以上２１０℃以下の温度範囲がより好ましい。このような温度範囲とすることにより、硫化カルボニルの加水分解反応が速やかに進行すると共に、上記反応式（１）における化学平衡が硫化カルボニルの加水分解反応に有利となるので、第２変換処理後のガス化ガスＧ９中の硫化カルボニル濃度を十分に低減することが可能となる。
第２洗浄塔１５は、第２変換処理されたガス化ガスＧ９を洗浄液と気液接触させてガス化ガスＧ９中の硫化水素を除く第２洗浄処理を行う。この第２洗浄処理により、ガス化ガスＧ９中の不純物が洗浄除去される。また、第２洗浄塔１５は、第２洗浄処理後のガス化ガスＧ５を脱硫塔１６に供給する。その他の構成については、図１に示したガス精製装置１と同様のため説明を省略する。
次に、ガス精製装置４の全体動作について説明する。ガス化炉１１で原料がガス化されたガス化ガスＧ１は、ＨＣＮ変換器２１に供給される。ＨＣＮ変換器２１では、ガス化ガスＧ１は、第１所定温度（例えば、２４０℃以上３５０℃以下）で第１変換処理されてシアン化水素がアンモニアに分解されて除去されてガス化ガスＧ８として第１洗浄塔１３に供給される。第１洗浄塔１３では、ガス化ガスＧ８は、洗浄液と気液接触する第１洗浄処理によりアンモニア及びハロゲンなどが洗浄除去されると共に第２所定温度（例えば、１５０℃以上２４０℃以下）に冷却されてガス化ガスＧ３としてＣＯＳ変換器２２に供給される。ＣＯＳ変換器２２では、ガス化ガスＧ３は、第２変換処理によって硫化カルボニルが加水分解されて硫化カルボニル濃度が所定濃度に低減されたガス化ガスＧ９として第２洗浄塔１５に供給される。第２洗浄塔１５では、ガス化ガスＧ９は、洗浄液と気液接触する第２洗浄処理によって不純物が除去されてガス化ガスＧ５として脱硫塔１６に供給される。脱硫塔１６では、ガス化ガスＧ５は、吸収液と気液接触して硫化水素が除去された精製ガスＧ６としてガスタービン１７に供給される。ガスタービン１７では、精製ガスＧ６は、酸素と共に燃焼されて燃焼排ガスＧ７として排出される。
なお、図４に示したガス精製装置４では、第１洗浄塔１３及び第２洗浄塔１５の２つの洗浄塔を設けた例について説明したが、１つの洗浄塔を設ける構成とすることもできる。図５は、本実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。図５に示すように、ガス精製装置５では、ＨＣＮ変換器２１の後段に洗浄塔１８が設けられ、ＣＯＳ変換器２２の後段に脱硫塔１６が設けられている。すなわち、ガス精製装置５では、図４に示したガス精製装置４の第１洗浄塔１３に代えて洗浄塔１８が設けられ、第２洗浄塔１５が省略されている。また、ＨＣＮ変換器２１と洗浄塔１８との間には、ガス化ガスＧ８を所定温度に調整する熱交換器を設けもよい。その他の構成については、図４に示したガス精製装置４と同様のため説明を省略する。
ガス精製装置５では、ＨＣＮ変換器２１は、ガス化ガスＧ１を第１所定温度で第１変換処理したガス化ガスＧ８を洗浄塔１８に供給する。洗浄塔１８は、上述した第１洗浄塔１３と同様に、洗浄液と気液接触させる洗浄処理をすると共にガス化ガスＧ８を第２処理温度に冷却する。これにより、ガス化ガスＧ８中のシアン化水素が分解されたアンモニア及びハロゲンなどが洗浄除去される。また、洗浄塔１８は、洗浄処理後のガス化ガスＧ３をＣＯＳ変換器２２に供給する。ＣＯＳ変換器２２は、第２所定温度でガス化ガスＧ３を第２変換処理した後、ガス化ガスＧ９として脱硫塔１６に供給する。このように構成した場合であっても、洗浄塔１８によってガス化ガスＧ８中のアンモニアが除去されているので、ガス化ガスＧ８中の微量成分の析出を防ぐことができる。
図６は、本実施の形態に係るガス精製装置の他の例を示す模式図である。図６に示すように、ガス精製装置６では、ＨＣＮ変換器２１の後段にＣＯＳ変換器２２が設けられ、ＣＯＳ変換器２２の後段に洗浄塔１８が設けられている。すなわち、ガス精製装置６では、図４に示したガス精製装置４の第２洗浄塔１５に代えて洗浄塔１８が設けられ、第１洗浄塔１３が省略されている。また、ＨＣＮ変換器２１とＣＯＳ変換器２２との間には、ガス化ガスＧ８を所定温度に調整する熱交換器を設けもよい。その他の構成については、図４に示したガス精製装置４と同様のため説明を省略する。
ガス精製装置６では、ＨＣＮ変換器２１は、ガス化ガスＧ１を第１所定温度で第１変換処理したガス化ガスＧ８をＣＯＳ変換器２２に供給する。ＣＯＳ変換器２２は、ガス化ガスＧ８を第２所定温度で第２変換処理した後、ガス化ガスＧ９として洗浄塔１８に供給する。洗浄塔１８は、上述した第２洗浄塔１５と同様に、洗浄液と気液接触させる洗浄処理をする。これにより、ガス化ガスＧ８中のハロゲン及びシアン化水素が分解されたアンモニアなどが洗浄除去される。また、洗浄塔１８は、洗浄処理後のガス化ガスＧ５を脱硫塔１６に供給する。このように構成した場合であっても、洗浄塔１８によってガス化ガスＧ９中のシアン化水素が除去されているので、ガス化ガスＧ８中の微量成分の析出を防ぐことができる。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、ハロゲン及びＨＣＮ変換器２１で第１変換処理されたアンモニアなどが第１洗浄処理で洗浄除去されるので、ガス化ガスＧ８を第１所定温度以下に冷却してもガス化ガスＧ８中の微量成分の析出を防ぐことができる。これにより、シアン化水素の処理が不要となるだけでなく、第１変換処理したガス化ガスＧ８を第１所定温度以下の硫化カルボニルの第２変換処理に適した第２所定温度まで冷却した状態で硫化カルボニルを硫化水素に第２変換処理できる。また、第１変換処理では、硫化カルボニルに対してシアン化水素を選択的に分解する第１触媒を用いることができるので、硫化カルボニルを加水分解する第２触媒とは異なる第１触媒を用いることもできると共に、硫化カルボニルの加水分解に必要な第２触媒の使用量を削減することもできる。したがって、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニル濃度が高い場合であっても、ガス化ガスＧ１中の硫化カルボニル濃度を効率良く低減できるガス精製装置４，５，６を実現できる。
１，２，３，４，５，６ ガス精製装置
１１ ガス化炉
１２ 第１ＣＯＳ変換器
１３ 第１洗浄塔
１４ 第２ＣＯＳ変換器
１５ 第２洗浄塔
１６ 脱硫塔
１７ ガスタービン
２１ ＨＣＮ変換器
２２ ＣＯＳ変換器
Ｆ 原料
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ８，Ｇ９ ガス化ガス
Ｇ６ 精製ガス
Ｇ７ 燃焼排ガス
Ｏ 酸化剤

Claims (7)

  1. 第１触媒の存在下、第１所定温度において、被処理ガス中に含まれるシアン化水素をアンモニアとする第１変換処理をする第１変換部と、
    第２触媒の存在下、前記第１所定温度より低い第２所定温度において、前記第１変換処理後の前記被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素とする第２変換処理をする第２変換部と、
    前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて前記アンモニアを洗浄除去する洗浄処理をする洗浄部と、
    前記洗浄処理後の前記被処理ガスを吸収液と気液接触させて前記被処理ガス中の硫化水素を吸収除去する脱硫部と、を備えると共に、
    前記洗浄部は、前記第１変換処理後の前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第１洗浄処理をする第１洗浄部と、前記第２変換処理された前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第２洗浄処理をする第２洗浄部とを含む、ことを特徴とするガス精製装置。
  2. 原料をガス化して前記硫化カルボニルを含む前記被処理ガスを生成し、生成した前記被処理ガスを前記第１変換部に供給するガス化部を備えた、請求項１に記載のガス精製装置。
  3. 前記第１変換部は、硫化カルボニルを硫化水素とすると共に前記シアン化水素を前記アンモニアとする、請求項１又は請求項２に記載のガス精製装置。
  4. 第１所定温度が、２４０℃以上３５０℃以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス精製装置。
  5. 第２所定温度が、１５０℃以上２４０℃以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス精製装置。
  6. 第１触媒の存在下、第１所定温度において、被処理ガス中に含まれるシアン化水素をアンモニアとする第１変換処理をする第１変換工程と、
    第２触媒の存在下、前記第１所定温度より低い第２所定温度において、前記第１変換処理後の前記被処理ガス中の硫化カルボニルを硫化水素とする第２変換処理をする第２変換工程と、
    前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて前記アンモニアを洗浄除去する洗浄工程と、
    前記アンモニアを洗浄除去した前記被処理ガスを吸収液と気液接触させて前記被処理ガス中の硫化水素を吸収除去する脱硫工程と、を含むと共に、
    前記洗浄工程として、前記第１変換処理後の前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第１洗浄処理をする第１洗浄工程と、前記第２変換処理された前記被処理ガスを洗浄液と気液接触させて第２洗浄処理をする第２洗浄工程とを含む、ことを特徴とするガス精製方法。
  7. 原料をガス化して前記硫化カルボニルを含む前記被処理ガスを生成するガス化工程を含む、請求項６に記載のガス精製方法。
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